Un equipo de astrofísicos liderado por Bhupendra Mishra de la Academia Polaca de Ciencias ha calculado que los agujeros negros supermasivos activos podrían formar decenas de millones de objetos de masa planetaria en las regiones exteriores de sus discos de acreción, según un estudio publicado en el servidor de prepublicación arXiv que aún no ha sido revisado por pares.

El hallazgo desafía la narrativa tradicional de formación planetaria, donde nubes de polvo y gas colapsan para formar estrellas como el Sol, alrededor de las cuales los escombros se fusionan lentamente en sistemas planetarios. Este proceso básico explica el origen de nuestro sistema solar y de los aproximadamente 5.000 exoplanetas descubiertos hasta la fecha, según la fuente.

Los núcleos galácticos activos, conocidos como AGN por sus siglas en inglés, son concentraciones densas de gravedad rodeadas por un remolino brillante de estrellas obliteradas, nubes de gas y material destruido. Estos agujeros negros activos suelen albergar un disco grueso de material que se extiende por cientos de billones de millas, según el análisis.

La interacción entre radiación, fricción y gravedad determina no solo la velocidad a la que un agujero negro consume este material, sino también cómo la materia podría acumularse en bolas crecientes de roca y gas. Los físicos utilizan el término inestabilidad de flujo para describir el proceso hipotético responsable de generar planetesimales en la franja exterior más fría del material en órbita, según explica el estudio.

Para determinar si las fuerzas en los bordes del disco de acreción de un agujero negro podrían producir inestabilidades de flujo, Mishra y su equipo realizaron cálculos para un tipo particular de AGN, uno que se presume tiene regiones estabilizadas por un campo magnético fuerte.

"Estimamos que del orden de decenas de millones de objetos de masa planetaria pueden formarse en las regiones exteriores de los discos de acreción de AGN", escriben los investigadores en su informe. Esto convertiría a los agujeros negros supermasivos en algunos de los viveros más productivos del universo para la formación de planetas.

Dado que la mayor parte del polvo que se agrupa consiste en elementos más pesados, estos planetesimales probablemente serían cuerpos rocosos como la Tierra, pero mucho más grandes, con masas comparables a las de estrellas, según el análisis. Mientras que algunos podrían reunir suficiente hidrógeno y helio para desencadenar fusión nuclear, la mayoría de estas gigantescas bolas de roca nunca se convertirían en estrellas.

"La estructura geofísica y evolución de estos objetos es desconocida, y sondearla está más allá del alcance del trabajo actual", escriben los investigadores, reconociendo que sus núcleos probablemente se comprimirían lo suficiente como para superar la repulsión de los electrones, apretando los núcleos atómicos más cerca entre sí en un material exótico.

Donde se formen estrellas, la mayoría vivirían rápido y morirían jóvenes como supernovas, según el estudio.

Paralelamente, investigadores que utilizan el Telescopio Espacial James Webb de la NASA han detectado evidencia clara de que algunos agujeros negros supermasivos fueron enormes desde el principio, formándose sin una fase de colapso estelar y sin una galaxia anfitriona significativamente más masiva para alimentarlos, según un estudio publicado recientemente.

El equipo de investigación observó imágenes de Abell2744-QSO1, también conocido como QSO1, que es un prototípico punto rojo pequeño que existió unos 700 millones de años después del Big Bang. Los puntos rojos pequeños fueron descubiertos por el Telescopio James Webb y son objeto de investigación significativa dentro del ecosistema más amplio de exploración espacial, según la fuente.

Utilizando las características de imagen y espectroscopia del Telescopio Webb, como la unidad de campo integral y la tecnología NIRspec (espectrógrafo de infrarrojo cercano), el equipo de investigadores mapeó el movimiento y la composición del gas que orbita un agujero negro en el centro de QSO1. Lo que se descubrió es que el gas tiene movimiento kepleriano, lo que significa que orbita un punto central de la misma manera que los planetas de nuestro sistema solar orbitan el Sol.

"Esto es importante porque nos dice que la mayor parte de la masa de QSO1 está concentrada en el agujero negro en el centro", dijo Ignas Juodžbalis, estudiante de posgrado de Cambridge y autor principal de uno de los estudios. "Si la masa estuviera más distribuida, como lo estaría si hubiera muchas estrellas, el gas no tendría esta rotación kepleriana perfecta".

"Este es un hallazgo notable", dijo Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge, coautor de los estudios publicados recientemente. "Es un cambio de paradigma, una revisión total de los escenarios clásicos de cómo se forman y crecen los agujeros negros".

Utilizando las leyes de gravedad que gobiernan el movimiento kepleriano, por primera vez el equipo pudo usar mediciones de velocidad del gas para calcular la masa del agujero negro directamente.

La investigación indicó que el agujero negro no solo es masivo en tamaño, alrededor de 50 millones de masas solares, sino que también constituye al menos dos tercios de la masa total de QSO1, miles de veces mayor que en galaxias cercanas, donde los agujeros negros supermasivos representan una pequeña fracción de la masa total de la galaxia anfitriona, según el estudio.

"Parece que hemos encontrado un agujero negro que no tiene una galaxia anfitriona sustancial y que ha precedido a los procesos estelares", dijo Juodžbalis. "Esto es muy emocionante porque es evidencia de agujeros negros primordiales o agujeros negros de colapso directo, que han sido teorizados pero no confirmados".

QSO1 se cree que tiene alrededor de 1.300 años luz de diámetro, pero su luz ha estado viajando durante más de 13.000 millones de años y es más fácil de estudiar, según la NASA, que la mayoría de los otros puntos rojos pequeños principalmente porque está gravitacionalmente amplificado por el cúmulo de galaxias Abell 2744, también conocido como el Cúmulo de Pandora. QSO1 está magnificado y triplicado en imagen, apareciendo en tres ubicaciones diferentes en el cielo.

La evidencia empírica es necesaria para validar la existencia de estos sistemas planetarios extraños alrededor de agujeros negros supermasivos. Pero basándose únicamente en el modelado, es posible que algunos de los objetos más destructivos de una galaxia también puedan ser algunos de los más fértiles, según el análisis de Mishra y su equipo.

Los hallazgos sugieren dos fenómenos relacionados pero distintos: por un lado, la capacidad de los agujeros negros supermasivos activos para generar millones de planetas masivos en sus discos de acreción; por otro, la existencia de agujeros negros supermasivos que se formaron antes que sus galaxias anfitrionas, desafiando los modelos tradicionales de evolución cósmica.

Ambos descubrimientos apuntan a una comprensión más compleja de cómo se forman y evolucionan las estructuras en el universo temprano, con implicaciones significativas para la astrofísica y la cosmología.